Цель: Сформировать понятие об экологической характеристике видов топлива.
Задачи: Образовательная- сформировать понятия о видах топлива, создать условия для анализирования преимуществ и недостатков различных альтернативных видов автомобильных топлив ;
Развивающая- развивать умения самостоятельно решать поставленные задачи, познавательный интерес, умение обобщать, анализировать, сравнивать, формировать ключевые компетенции ;
Воспитательная- формирование мотивов, потребностей и привычек экологически целесообразного поведения и деятельности; воспитание активности, увлеченности, целеустремленности, настойчивости, наблюдательности, волевых качеств, интуиции, сообразительности, самостоятельности.
Оборудование, наглядные пособия: презентация
Тип занятия: урок изучения нового материала
Методы занятия: словесный, наглядный, практический.
Ожидаемый результат: знание экологической характеристики видов топлива.
Ход занятия:
1.Организационно- психологический настрой
2.Актуализация знаний и умений:
Разминка:
Взаимовыгодное сожительство организмов Симбиоз .
Наука, изучающая взаимосвязи живых организмов между собой и окружающей средой Экология.
Организм, часто являющийся первым звеном в цепи питания Растение.
Воздушная оболочка Земли Атмосфера.
Группа особей одного вида, длительно обитающая на определенной территории, относительно обособленно от представителей этого же вида Популяция.
Сообщество живых организмов Биоценоз.
Организм, нападающий, убивающий и поедающий свою жертву Хищник.
Листья сосны. Хвоя
Искусственное насаждение вдоль дорог. Лесополоса
Сосновый лес. (Бор)
Плод дуба. (Желудь)
«Плач» березы весной. (Сокодвижение)
Защитный экран Земли. (Озоновый слой)
Токсичный туман. (Смог)
Совокупность условий, в которых живет организм. (Среда обитания)
Дубовый лес. (Дубрава)
Ядовитый металл, содержащийся в выхлопных газах автомобильного транспорта. (Свинец)
Дополнительные вопросы:
Отличие агроценоза от биоценоза
Что такое экосистема?
Что изучает аутэкология?
Способна ли атмосфера к самоочищению? Каким образом?
Законодательная база охраны ОС в РК
Составить цепи питания:
Цапля, лягушка, комар (Комар – лягушка – цапля)
Рыба, водоросли, медведь (Водоросли – рыба – медведь)
Пшеница – мышь полевка – сова (пшеница – мышь полевка – сова)
Заяц- трава-лиса (Трава – заяц – лиса) слайд 1
7.Распределить: сова, куница , лягушка, паук, прыткая ящерица , лягушка, бабочка, зеленые плоды, цветковые, кора, бактерии, листья и семена, грибы. слайд 2
Продуценты-
Консументы-
Редуценты-
3.Формирование новых знаний и умений:
Вопросы:
Какие компоненты содержаться в автомобильных выхлопных газах?
(Смесь примерно 200 веществ. В них содержатся углеводороды–не сгоревшие или не полностью сгоревшие компоненты топлива)
На каком виде топлива работает подавляющее большинство современных автомобилей? ( автомобили с двигателями внутреннего сгорания, работающими на бензине или дизельном топливе, получаемых из нефти) .
3.В чем причина поиска замены традиционного топлива на альтернативные? ( резкое подорожание нефти в последнее время в сочетании с озабоченностью ростом вредных выбросов, которые производят автомобили, загрязняя атмосферу, привела к мысли правительства многих стран и автомобильные компании искать замену традиционному топливу)
4.Что такое цетановое число дизеля?
Цетановое число - характеристика воспламеняемости дизельного топлива, определяющая период задержки воспламенения смеси (промежуток времени от впрыска топлива в цилиндр до начала его горения).
5.Чем ниже содержание в топливе «вредных» ароматических углеводородов, тем цетановое число будет больше или меньше ( больше /выше ).
(цель, тема)
Человек успел за короткий срок сделать условия жизни на Земле невыносимыми. И только от него зависит, станет ли на Земле, лучше или хуже. Серьезную проблему представляет выброс в воздух загрязняющих веществ автотранспортом.
В последние годы в связи с ростом плотности движения автомобилей в городах резко увеличилось загрязнение атмосферы продуктами сгорания двигателей. При горении углеводородного топлива происходит образование токсичных веществ, связанное с условиями горения, составом и состоянием смеси.
Подавляющее большинство автомобилей до сих пор - это автомобили с двигателями внутреннего сгорания, работающими на бензине или дизельном топливе, получаемых из нефти.
Сейчас за один день нефти сжигается столько, сколько природа с помощью солнечной энергии способна выработать за тысячу лет. По прогнозам ученых запасов нефти в мире осталось немного. Сложившаяся ситуация не является тайной. Научно-исследовательские организации многих стран мира ищут адекватную замену топливу, получаемому при переработке нефти. Задача достаточно сложна, и единого решения до сих пор нет, хотя автомобили, работающие на альтернативных видах топлива, производили и успешно эксплуатировали не только в нынешнем веке, но и в XX, и даже в XIX веке. Однако резкое подорожание нефти в последнее время в сочетании с озабоченностью ростом вредных выбросов, которые производят автомобили, загрязняя атмосферу (особенно остро эта проблема стоит в крупных городах) привела к мысли правительства многих стран и автомобильные компании искать замену традиционному топливу
Задание: Расшифруйте А-95.
Задача достаточно сложна, и единого решения до сих пор нет, хотя автомобили, работающие на альтернативных видах топлива, производили и успешно эксплуатировали не только в нынешнем веке, но и в XX, и даже в XIX веке. Первая в мире газовая самобеглая повозка «Гиппомобиль» была создана Жаном-Этьеном Ленуаром еще в 1862. В нашей стране в 1930-х годах выпускали газогенераторные автомобили, которые «топили»... березовыми чурками, торфом или углем. Дрова термически разлагались при относительно низкой температуре, превращаясь в газ, который сгорал в цилиндрах двигателя. Широко известная немецкая авиакомпания «Дейче Эрбас» разрабатывает первый в мире аэробус, летающий на жидком водороде.
Задание: Заполнить таблицу « Сравнительные показатели различных видов топлив »
вид
Достоинства
Недостатки
газообразное
Более полное сгорание благодаря более качественному образованию смеси в цилиндрах,
Низкая токсичность продуктов сгорания,
Низкая стоимость и транспортировки газа
Низкий уровень шумового загрязнения атмосферы,
Невозможность хищения топлива обслуживающим персоналом,
Низкая стоимость переоборудования автомобиля.
высокая токсичность самого топлива
высокая взрывоопасность баллонов с газом при ДТП,
Электроэнергия
Экологическая безопасность (отсутствие выхлопных газов)
Простота конструкции
– низкая стоимость заправки
– низкий уровень шумового загрязнения
– лёгкость в управлении, надёжность
– эксплуатация электромобиля обходится дешевле, чем традиционной
– малый запас хода
– длительное время зарядки,
– проблема утилизации аккумуляторов
– отсутствие заряжающих станций
– большинство электростанций – тепловые, сжигающие топливо для получение электроэнергии, вредные компоненты.
Биотопливо
– имеет неограниченные запасы сырья (возобновляемость ресурса)
– меньшее количество вредных веществ в отработавших газах
– высокие смазочные характеристики, что продлевает срок жизни двигателя
– высокое цетановое число
Высокая температура воспламенения
Низкая стоимость
– большая вязкость биодизеля, что вызывает необходимость подогревать топливо при низких температурах для обеспечения приемлемой текучести,
Малый срок хранения – около 3х месяцев.
Спирт
– нейтрален как источник парниковых газов
– низкая стоимость
– повышает риск увеличения эмиссии летучих органических веществ, это приводит к уменьшению концентрации озона и усилению солнечной радиации,
– низкая, по сравнению с базовыми моделями мощность
Водород
– сгорает полнее
– высокая удельная теплота сгорания,
– отсутствие токсичных выхлопов
– можно получать буквально из всего: из природного газа, океанской воды, биомассы, воздуха
– обладает намного более широким, по сравнению с бензином, диапазоном пропорций смешивания его с воздухом, при которых ещё возможен поджиг смеси
– несовершенные технологии хранения водорода
– высокая себестоимость водорода,
– сложный процесс получения водорода в промышленных масштабах, в процессе которого выделяется все тот же СО,
– высокая стоимость водородной силовой установки и сложность ее обслуживания,
– взрывоопасность водородно-воздушной смеси – отсутствие развитой структуры водородных заправочных станций.
Просмотр видео
Основная причина загрязнения воздуха заключается в неполном и неравномерном сгорании топлива. Всего 15% его расходуется на движение автомобиля, а 85% "летит на ветер". К тому же камера сгорания автомобильного двигателя-это своеобразный химический реактор, синтезирующий ядовитые вещества и выбрасывающий их в атмосферу. Даже не винный азот из атмосферы, попадая в камеру сгорания, превращается в ядовитые оксиды азота.
Основными токсичными веществами, загрязняющими атмосферу, в отработанных газах двигателей с воспламенением от искры являются: оксид углерода, оксиды азота и углеводороды. Особое место занимают канцерогенные вещества, основным представителем которых в отработанных газах является бенз(а)пирен.
Вследствие глобального загрязнения окружающей среды свинцом, он стал вездесущим компонентом любой растительной и животной пищи и кормов. Растительные продукты в целом содержат больше свинца, чем животные.
Причина летнего листопада - высокое содержание свинца в воздухе. Но, концентрируя свинец, деревья тем самым очищают воздух. В течение вегетативного периода одно дерево обезвреживает соединения свинца, содержащиеся в 130 л бензина. Наименее восприимчивым к свинцу является клен, а наиболее восприимчивы орешник и ель.
Сторона деревьев, обращенная к автомобильным магистралям, на 30 – 60% «металличнее». Хвоя ели и сосны обладает свойствами хорошего фильтра по отношению к свинцу. Она его накапливает и не обменивает с окружающей средой. Растительность суши вовлекает в биологический круговорот ежедневно 70 – 80 тыс. т. свинца
Чтобы автомобиль с полным основанием можно было назвать экологически чистым, должно быть экологически чистым топливо. И газ отвечает этому требованию. Применение газа заметно снижает по сравнению с бензином суммарную токсичность отработавших газов. Более чем втрое уменьшается количество токсичной окиси углерода СО (угарный газ), в 1,6 раза - содержание канцерогенных углеводородов СН, состоящих из частиц несгоревшего топлива. Концентрация окиси азота NO и двуокиси NO2 образующихся в процессе горения смеси кислорода и азота (безвредный азот, попадая в камеру сгорания из атмосферы, превращается в ядовитое соединение - оксиды азота), при работе двигателя на газе снижается в 1,2 раза. Соединения же свинца и различные ароматические полимеры,содержащиеся в бензине и также являющиеся опасными канцерогенами, в газовом топливе совершенно отсутствуют.Дымность выхлопа при работе на газовом топливе втрое ниже, чем при работе на бензине.
Исследования опровергли устоявшееся мнение, что использование газа вместо бензина - вынужденная мера. Газовое топливо сгорает полнее, поэтому концентрация окиси углерода в выхлопе газового двигателя в несколько раз меньше. Автомобиль на бензине выбрасывает в атмосферу сернистый газ, который образуется от сгорания сернистых компонентов топлива, и тетраэтилсвинец. В природном газе серы, как правило, нет, а поэтому в выхлопах газового двигателя нет ни сернистого газа, ни соединений свинца. В отработанных газах бензинового двигателя из-за неполного сгорания топлива содержится и окись углерода (СО) - токсичное для человека вещество. И газовые, и бензиновые автомобили выбрасывают в атмосферу одинаковое количество углеводородов.Для здоровья человека опасны не сами углеводороды, а продукты их окисления.
Двигатель, работающий на бензине, выбрасывает сравнительно легко окисляющиеся вещества - этил и этилен, а газовый двигатель - метан, который из всех предельных углеводородов наиболее устойчив к окислению. Поэтому углеводородный выброс газового автомобиля менее опасен. Газ как моторное топливо не только не уступает бензину, но и превосходит его по своим свойствам, которые на химическом уровне разрушают детали камеры сгорания, каталитический нейтрализатор и лямбда зонд.
Вопрос: Какими же свойствами должно обладать идеальное топливо?
4.Закрепление изученного материала
Вопросы
Вид топлива используется в автомобилях. Дешевое, экологически чистое, по многим свойствам превосходите бензин, его использование не требует изменения конструкции автомобиля.
Вещество, из которого с помощью определённой реакции может быть получена тепловая энергия.
Итальянский физик, химик и физиолог; открыл метан при исследовании болотного газа. Его именем названа единица измерения электрического напряжения.
Сжатый природный газ (без цвета и запаха) является основным компонентом природного газа. Взрывоопасный, часто называют «болотным». Имеет высокую детонационную стойкость - его октановое число более 100 ед. При сгорании он практически не оставляет вредных продуктов.
Природная маслянистая горючая жидкость, состоящая из сложной смеси углеводородов и некоторых др. органических соединений. Используется для получения из неё технически ценных продуктов, главным образом моторных топлив, растворителей, сырья для химической промышленности, её подвергают переработке.
Экологически чистое топливо, продуктом его сгорания является вода. Выделяет больше тепла, чем любой вид традиционного ископаемого топлива.
Спирт, может быть получен путем ферментации биомассы, содержащей крахмал, сахар либо целлюлозу. Используется как топливо, ДВС в чистом виде, в качестве растворителя и как наполнитель в спиртовых термометрах.
Масличная культура используется в качестве корма скоту, хорошее зеленое удобрение, великолепный медонос; масло этой культуры используется в кулинарии, в металлургии для закалки стали, как сырье для производства эластичных материалов и в производстве биотоплива.
Альтернативный источник энергии для автомобилей. Автомобили, работающие на этом источнике появились существенно раньше работающих на бензине, были широко распространены в конце 19 - начале 20 в. Они не шумящие и не дымящие, в отличие от бензиновых или паровых машин, пользовались популярностью у аристократии.
Органическое соединение, являющееся производным углеводородов и содержащее в молекуле одну или несколько OH (гидроксильных) групп. Образуется при брожении сахаристых веществ, при окислении предельных углеводородов. В последнее время его роль растет, как топлива в двигателях внутреннего сгорания.
Вид топлива подходит под критерий доступность и низкая токсичность. На автотранспорте в настоящее время не используется.
Важнейшее свойство дизельного топлива, оценивается цетановым числом. По её показателю можно судить о количественном составе вредных компонентов СО и СН в выработанных газах дизеля.
Высококачественное полноценное топливо для автомобильных двигателей. Охлажденный до -160 °С природный газ. Его основные компоненты - пропан и бутан.
Горючая смесь лёгких углеводородов, предназначена для применения в качестве топлива для карбюраторных и инжекторных двигателей, а также при производстве парафина, чистке тканей. Получают путем разгонки и отбора фракций нефти.
Ответы
1
а
2
л
3
ь
4
т
5
е
6
р
7
н
8
а
9
т
10
и
11
в
12
н
13
ы
14
е
5.Домашнее задание дополнительный материал, привести примеры различных автомобилей, работающих на экологических видах топлива.
6.Итог урока (рефлексия, выставление оценок)
справочная информация
Производство экологически чистого бензина, соответствующего всё более жестким стандартам, обуславливает необходимость больших инвестиций в модернизацию действующих установок изомеризации и строительство новых объектов по производству автокомпонентов.
Актуальность установок изомеризации бензинов. Экологически чистый бензин. Экологическое топливо.
Среди всех процессов производства автокомпонентов в последние годы наибольшую популярность получил процесс изомеризации легких бензиновых фракций. Это обусловлено рядом факторов и показателей (таблица 1
).
В странах с технически развитой нефтепереработкой процесс изомеризации всегда имел большое значение. Но с введением жестких экологических стандартов по содержанию в автобензинах бензола и ароматических углеводородов требования к технологии изомеризации существенно повысились и сводятся к следующему:
- Получение изомеризата с октановым числом от 85 до 92 пунктов (ИОЧ);
- Утяжеление сырья и изомеризата;
- Высокая надежность эксплуатации, устойчивость к действию микропримесей и регенерируемость катализатора;
- Оптимизация капитальных и эксплуатационных затрат.
Таблица 1. Факторы инвестиционной привлекательности процесса изомеризации бензинов
В России и странах бывшего СССР применение в нефтепереработке изомеризации бензинов началось значительно позже. По состоянию на конец 2013 года, действуют десять установок изомеризации легких бензиновых фракций “Изомалк-2”.На графике ниже показана динамика пуска установок изомеризации бензинов в России.
Может ли автомобильное топливо быть экологически чистым?
Этот вопрос становится все более актуальным в современном обществе.
Автомобильный транспорт наносит невосполнимый ущерб окружающей среде. В России из 35 млн. тонн вредных выбросов различных транспортных средств 89% приходится на автомобили, 8% - на железные дороги, 2% - на авиатранспорт и 1% - на водный транспорт.
Доля выбросов автотранспортом в общем объеме загрязнения атмосферного воздуха в среднем по стране сегодня составляет 43%, а в Москве - в два раза больше. Экологически неблагополучные районы занимают около 15 процентов территории страны, на которой проживают около 70% населения. Уровень концентрации оксидов азота, углерода и других вредных веществ на улицах крупных российских городов в 10-18 раз превышает предельно допустимые концентрации.
Основная масса выбросов вредных веществ в атмосферу происходит с отработанными газами двигателей внутреннего сгорания. Так, только один легковой автомобиль поглощает ежегодно из атмосферы в среднем больше 4 тонн кислорода, выбрасывая с выхлопными газами примерно 800 кг оксидов углерода, около 40 кг оксидов азота и почти 200 кг различных углеводородов. Отходящие газы двигателей содержат сложную смесь, их более двухсот компонентов, среди которых много канцерогенов, например, оксиды свинца, тетраэтилсвинец и т.д.
Для решения экологических проблем практически во всех развитых странах мира были приняты меры по регулированию выбросов в атмосферу вредных компонентов отработанных газов автомобилей, а экологичность транспорта на стадии проектирования стоит в одном ряду с его потребительскими качествами и безопасностью. Так в настоящее время в США и странах ЕС введены нормы «Евро-4», которые значительно ужесточили требования к предельно допустимым концентрациям вредных веществ в выхлопных газах автомобилей за последние 10 лет.
Бензины, удовлетворяющие стандартам Евро-4 и Евро-5, характеризуются не только высокими экологическими параметрами, но и улучшенными потребительскими свойствами, к числу которых относятся: детонация, мощность двигателя, интенсивность износа двигателя, образование нагара, коррозионное воздействие на двигатель и т.д.
Введение стандарта ЕВРО-4 на пути к созданию экологически чистого топлива полностью доказало свою эффективность для защиты окружающей среды (рис. 1 ). По данным Еврокомиссии, за период с 1995 по 2010 год среднее содержание СО, окиси азота (NOx) и соединений свинца в выхлопе эксплуатируемых на территории стран ЕС автомобилей сократилось более чем в 4 раза, а содержание гидрокарбонатов и летучих органических веществ (VOC), сернистого газа и бензола - более чем в 5 раз (рис. 2 ).
Россия в решении проблемы экологически чистого топлива значительно отстает, что наглядно демонстрируют данные Таблицы 1а .
Рисунок 1. Выбросы основных токсичных компонентов автотранспортных средств
Рисунок 2. Динамика изменения количества выбросов с течением времени
Таблица 1а. Соотношение выбросов загрязняющих веществ автотранспортом в России и Европе
Требования к экологической чистоте автомобильного топлива в России регулируются специальным техническим регламентом «О требованиях к автомобильному и авиационному бензинам, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и топочному мазуту», который был утвержден постановлением Правительства России № 11 от 27 февраля 2008 года.
Регламент устанавливает обязательные требования к экологической безопасности топлива, соответствующие требованиям директив Европейского парламента и Совета 2003/17/ES и 98/70ES (так называемые стандарты Евро-2, 3, 4, 5). Технический регламент устанавливает минимально допустимые химические и физические параметры автомобильного бензина и дизельного топлива (см. таблицу 2 ), а также сроки прекращения производства топлива того или иного экологического класса.
Таблица 2. Минимально допустимые химические и физические параметры автомобильного бензина и дизельного топлива
Грядущее вступление в силу требований технического регламента, соответствующих спецификациям Евро-4 и 5, объективно стало серьезным стимулом для увеличения объемов инвестиций в модернизацию основных технологических процессов российских НПЗ.
Переход нефтеперерабатывающей промышленности России к производству экологически чистого автомобильного топлива требует кардинальных изменений в технологиях производства с большими финансовыми затратами.
С целью обеспечения коренного улучшения качества автомобильных бензинов требуется решение следующих задач :
- снижение содержания сернистых соединений в бензиновых компонентах до уровня, при котором возможно производство товарных бензинов с содержанием серы не более 50 (10) ppm;
- деароматизация компонентов и ограничение содержания олефиновых и ароматических углеводородов (в первую очередь бензола) до норм Евро-3 и Евро-4;
- применение в составе автобензинов оксигенатов (спиртов и эфиров), моющих и многофункциональных присадок.
На данный момент соблюдение европейских стандартов моторного топлива, представленного на российском рынке, обеспечивается за счет применения производителями специальной добавки антидетонатора - метилтретбутилового эфира (МТБЭ). Эта добавка также широко применяется в странах ЕС и оказывает положительное влияние на двигатель: содержащийся в МТБЭ кислород обеспечивает полноту сгорания и тем самым снижает выбросы СО и СН. Однако повышенное содержание МТБЭ ведет к падению мощности, росту выбросов окислов азота, а также ускоряет процесс коррозии, поэтому согласно европейским нормам доля МТБЭ не должна превышать 15%. Кроме того, МТБЭ является дорогостоящим компонентом и его применение отрицательно сказывается на ценовых характеристиках бензина, произведенного по европейским стандартам - удорожание по сравнению с обычным высокооктановым бензином составляет 10%.
Одним из наиболее актуальных путей достижения качества топлива в соответствии с европейскими стандартами качества Евро-4, Евро-5 является строительство установок изомеризации. Применение технологий изомеризации при изготовлении бензинов позволяет сократить объем потребления МТБЭ, что в свою очередь приводит к сокращению себестоимости и, соответственно, цены бензина для конечных потребителей.
Целевым продуктом установки изомеризации является изомеризат, в котором отсутствует бензол и другие ароматические углеводороды, отсутствуют олефины, отсутствует сера, азот, тяжелые металлы, а октановое число составляет от 83 до 92 п. по исследовательскому методу в зависимости от технологических схем процесса.
Таким образом, изомеризация легких бензиновых фракций в настоящее время является одним из самых востребованных процессов, обеспечивающих производство экологически чистых автобензинов. Накоплен большой промышленный опыт по использованию различных технологий и технологических схем. Но совершенствование катализаторов и технологий продолжается постоянно.
В XXI столетии все большую популярность приобретает технология изомеризации на базе сульфатированных оксидных катализаторов.
Информация данного раздела приведена исключительно в справочных целях и собрана из различных литературных источников. Информацию о продукции и услугах ООО "НПП Нефтехим" Вы найдете в разделах «
Современная жизнь невозможна без использования двигателей внутреннего сгорания. Человек использует такие двигатели в профессиональной деятельности и быту. К сожалению, они несут с собой не только благо. Выхлопы двигателей 700 млн. автомобилей, десятков тысяч судов, самолетов, тепловозов и всевозможных стационарных установок дают 40% глобального загрязнения атмосферы вредными веществами
В России в 1998 году выбросы загрязняющих веществ в атмосферу всеми транспортными средствами составили 13,2 млн. тонн, в том числе автомобильным транспортом более 11,8 млн. т. По оценке экологов, основная масса (80 процентов) вредных веществ выбрасывается автотранспортом на территории населенных пунктов. Более чем в 180 городах уровни загрязнения атмосферного воздуха (от всех источников) превышают предельно допустимые концентрации. В последние годы максимальные разовые концентрации превышали 10 ПДК в 66 городах. В 89 городах уровень загрязнения воздуха характеризуется как высокий и очень высокий.
Парк автомобилей Российской Федерации по состоянию на 1 января 1999 года составил 24,5 млн. единиц. В том числе 18,8 млн. легковых автомобилей, 4,4 млн. грузовиков, около 7000 тысяч специальных машин и более 620 тысяч автобусов.
В целом специалисты отмечают низкий уровень экологических характеристик автомобильного парка России. Подавляющая часть автомобилей сертифицирована на соответствие требованиям Правил ЕЭК ООН, действовавшим в Европе до 1992 года. Средний возраст автомобильного парка России превышает 10 лет. До 10 процентов автомобилей имеют возраст более 20 лет и вообще не проходили экологической сертификации. Массовое поступление на отечественный рынок легковых автомобилей, соответствующих требованиям Евро-1, и грузовых автомобилей, соответствующих требованиям Евро-2, можно ожидать не ранее 2002 года.
Использование каталитических нейтрализаторов имеет очень ограниченный характер и не может обеспечить быстрого повышения экологических характеристик автотранспортных средств. Основные причины этого заключаются в следующем: не разработана правовая база контроля; отсутствуют нормативные требования к таким автомобилям; нет современных приборов контроля, а главное - не решена проблема повсеместного гарантированного обеспечения автотранспорта неэтилированным бензином.
ЕС решил перевести 10% автотранспорта на биотопливо к 2020 году.Евросоюз поставил задачу к 2020 году перевести 10% своих автомобилей на биологическое топливо. Такое решение одобрили на встрече в Брюсселе министры энергетики 27 стран ЕС. «К 2020 году как минимум 10% автомобильного горючего, потребляемого в каждой стране Евросоюза, должно стать топливо биологического происхождения», - говорится в резолюции Совета ЕС по энергетике и транспорту. Речь идет о таких видах горючего как спирты и производимый из биомассы метан. В резолюции подчеркивается необходимость принять общеевропейские меры, чтобы повысить эффективность технологий производства этого топлива и улучшить его коммерческие возможности. В настоящее время, производимое в Европе биотопливо в среднем на 15-20 дороже традиционного.
Кроме этого, министры также призвали к 2020 году довести долю возобновляемых источников энергии в общеевропейском энергопотреблении до 20%, тогда как сегодня оно составляет 7%. Однако эта договоренность не носит обязательного характера. Против введения жесткой обязательной для всех стран ЕС нормы использования возобновляемых источников энергии высказались Великобритания, Франция и Финляндия. Между тем правительство Великобритании уже в 2005 году объявило о намерениях ввести новые правила, согласно которым с 2010 года продаваемые в стране бензин и дизельное топливо должны будут на 5% состоять из растений - биотоплива. В настоящее время биотопливо составляет 2% от общего объема продаваемого в Великобритании горючего. В бензин добавляется этанол, изготовленный из бразильского сахарного тростника, а в дизельное топливо добавляется рапсовое и переработанное растительное масла. Такая топливная смесь, включающая в себя 5% биотоплива, может использоваться во всех автомобилях, для этого им не требуется модификация. Некоторые модели автомобилей, в том числе Saab 9-5 и Ford Focus, приспособлены для использования топливной смеси, в которой содержится 80% биотоплива.
Биодизель - это топливо, полученное из растительного масла посредством его химического превращения так называемым процессом переэтерификации. В Европе оно изготавливается из подсолнечного и рапсового масла, в Соединенных Штатах - из соевого или из разновидности рапсового масла. Происходит химическая реакция масла с алкоголем, в основном с метиловым спиртом, для уменьшения вязкости и очищения масла. Этот химический процесс позволяет получить однородный, устойчивый и качественный продукт: EMVH (Метиловый сложный эфир растительных масел), свойства его близки к дизельным маслам. Преимущества биодизеля:
- 1. Биодизель - это источник возобновляемой энергии, решение будущего, приходящее на смену использования нефти
- 2. Использование биодизеля не требует изменения кинематической цепи, только в зависимости от модели, давности автомобиля - устанавливается топливный фильтр.
- 3. Биодизель позволяет предотращать потепление на нашей планете, вызванной повышенным содержанием углекислого газа и серы в атмосфере: в отличие от горючих двигателей, он не увеличивает процент содержания CO2 в атмосфере. Действительно в течение жизненного цикла растение должно поглащать количество углекислого газа эквивалентное количеству выбросов в процессе работы двигателя.
- 4. Биодизель уже достаточно часто добавляется в дизельное топливо, продаваемое на бензозаправках Европы, но его содержание пока не высоко и отличается в разных странах. Например, во Франции его процент составляет около 1.5%. Возможно также и другое соотношение в зависимости от пожеланий.
- 5. Не токсичный и полностью разлагаемый в природе, он соответствует Европейской норме EN 14214.
Главный претендент на звание, «топлива будущего» - водород , запасы которого практически не ограничены, в двигателе, а процесс сжигания в двигателе характеризуется высоким энергетическим и экологическим совершенством. Для получения водорода могут быть использованы различные термохимические, биохимические, или электрохимические способы с использованием экологически чистой энергии Солнца. В нашей стране и за рубежом уже созданы экспериментальные автомобили, использующие водород в жидком виде, или в составе твердого металлогидратов, в качестве основного топлива или в смеси с бензином.
Преимущества водорода как автомобильного топлива несомненны. Его теплотворная, способность в три раза выше, чем у бензина, а продукты сгорания содержат безобидный компонент - водяной пар. Более полувека назад профессор А. Орлин из Московского высшего технического училища впервые создал и запустил карбюраторный двигатель на водороде.
Сейчас производственная потребность водорода, необходимого для производства аммиака, метилового спирта и пластмасс, очень невелика.
Использование водорода в качестве топлива для двигателей потребует значительного увеличения его производства. Это одно из главных препятствий на пути широкого применения водорода в качестве двигательного топлива.
Исключением может стать только электрический автомобильный двигатель. Работы по его созданию ведут крупнейшие автомобилестроительные фирмы мира, прежде всего Япония
Источником тока в электромобилях пока являются свинцовые аккумуляторы. Без подзарядки такие автомобили обеспечивают пробег до 50-60 км (максимальная скорость 70 км/ч, грузоподъемностью 500 кг), что позволяет использовать их в качестве такси или для технологических перевозок мелких партий грузов внутри города, Серийное производство и использование электромобилей потребует созданию станций зарядки аккумуляторов, отвечающих всем необходимым технико-экономическим требованиям.
Специалисты полагают, что наиболее энергосберегающим и высокоэффективным источником энергии для электромобилей являются батареи топливных элементов. У таких элементов много достоинств, прежде всего высокий КПД, достигающий в реальных установках 60-70%; их не надо заряжать, как аккумуляторы, достаточно пополнять запасы реагентов. Наиболее перспективен водородно-воздушный электрохимический генератор (ЭХГ), в котором продуктом реакции при выработке электрической энергии является химически чистая вода. Главный недостаток ЭХГ на сегодняшний день - высокая стоимость.
Апельсиновые рощи Валенсии могут скоро стать поставщиком топлива для испанских машин. Новая технология позволит делать биотопливо из фруктовой кожуры. Автомобили, заправленные цитрусами, не будут загрязнять окружающую среду.
Человечество слишком медленно, но все же подходит к пониманию того, что необходимо поставить материальное потребление на подобающее ему место среди других источников личного удостоверения, таких не материальных ценностей, как семья, дружба, общение с другими людьми, развитие собственной личности; что следует, наконец, жить в соответствии с возможностями Земли.
От решения именно этой задачи в первую очередь зависит, сохраним ли мы биосферу Земли.
Было бы хорошо, если бы люди привыкли ходить пешком и ездить на велосипедах. По моему мнению, общественный транспорт должен быть таким, чтобы людям хотелось пользоваться чаще им, а не собственными машинами. Ведь увеличение транспорта наносит огромнейший вред бесценному здоровью людей и окружающей среде. Хотелось бы измененить некоторые маршруты грузовых автомобилей, чтобы немного улучшить экологическую обстановку. Выхлопные газы автомобилей - это настоящее бедствие. Так давайте же беречь и охранять нашу планету, как самое дорогое, что у нас есть, - жизнь!
газ отработанный окружающий бензин
Об экологической опасностиВсе углеводородные топлива, как известно, в большей или в меньшей степени являются экологически опасными. Наибольшей экологической опасностью обладают жидкие ракетные топлива, а наименьшей – угли. Экологическая опасность углеводородных топлив обусловлена выделением из них токсичных и ядовитых химических веществ, соединений и элементов, являющихся опасными загрязнителями окружающей среды.
Экологически опасные компоненты выделяются из топлива при хранении, транспортировке и перекачке. На этих этапах использования горючего, кроме газообразных углеводородов (например, этана и метана), топливные загрязнители могут быть представлены самим топливом, загрязненными углеводородами водами, топливным отстоем, угольной пылью и другими. Эти загрязнители попадают в окружающую среду в результате утечек, протечек, разливов, аварий и т. д.
В процессе непосредственного сжигания топлива формируются новые экологически опасные газообразные, жидкие и твердые загрязнители, представляющие собой производные химических элементов, соединений и веществ, содержащихся как в составе исходного топлива, так и в составе атмосферного воздуха, поступающего на горение. Химические элементы, соединения и вещества топлива и воздуха взаимодействуют между собой и, пройдя определенные термические превращения, выбрасываются в составе продуктов сгорания в окружающую среду.
Что такое экологическая чистота топлива
Для топлива как продукта общественного труда экологическая чистота является сложным комплексным свойством, проявляющимся при хранении, транспортировке, перекачке и непосредственно в процессе сжигания.
Под свойством топлива «экологическая чистота», по мнению авторов, следует понимать такое состояние горючего, при котором на всех этапах своего жизненного цикла оно не оказывает или оказывает минимальнодо пустимое негативное воздействие на окружающую среду и не создает угрозы жизни и существованию людей, фауне и флоре.
Сложным и комплексным данное свойство топлива является потому, что в одних условиях использования, например при хранении, транспортировке и перекачке, в окружающую среду поступают одни загрязнители, в то время как при сжигании топлива образуются и выбрасываются другие загрязнители. В связи с чем экологическую чистоту топлива следует условно рассматривать как две взаимосвязанные составляющие: до и во время сжигания, при этом последняя составляющая является более значимой.
Посмотрим ГОСТы и ТУ
В настоящее время в Российской Федерации действует большое количество ГОСТов и ТУ на углеводородные газы, нефтяное топливо и уголь. Следует напомнить, что ГОСТ – это государственный нормативный документ на продукцию, обязательный для исполнения всеми предприятиями страны. ГОСТы создавались для всех отраслевых промышленных предприятий, подтягивая их техническую базу и технологическое оборудование, а следовательно, и качество выпускаемой продукции, до одного уровня.
С 2000 года вместо новых государственных стандартов выпускаются технические условия. В отличие от ГОСТа, технические условия – это нормативный документ на продукцию для одного или нескольких предприятий, разработанный с учетом их технической базы и технологического оборудования. Поскольку база и оборудование даже на однопрофильных предприятиях различны, то и технические условия на одну и ту же продукцию, а следовательно, и ее качество, отличаются.
Анализ нормативных документов, определяющих качество углеводородного топлива, показывает, что ни один из них не содержит сведений о таком свойстве топлива, как «экологическая чистота», в связи с чем не нормируется и ее численное значение (т. е. показатель). Справедливости ради следует констатировать, что отдельные косвенные показатели, по которым можно судить об экологической чистоте используемого топлива, в этих нормативных документах все же присутствуют. Так, для углеводородных топлив указывается химический состав горючей части, и нормируются содержание в них вредных примесей и минеральных включений. В настоящее время для газового топлива нормируется содержание сероводорода (H 2 S) и азота (N 2); для жидких нефтяных топлив – серы (S 2), углерода (С), ванадия (V), кислот и щелочей, кроме того, для бензинов – марганца (Mn) и свинца (Pb), а для углей – вредные компоненты в минеральной части.
Очевидно, что существующие ГОСТы и ТУ необходимо корректировать с учетом реально сложившейся экологической обстановки, ухудшению которой способствует неуклонное повышение объемов потребления углеводородного топлива, а следовательно, и увеличение количества вредных выбросов.
При чем здесь октановое число?
Известно, что в Российской Федерации с января 2009 года должен вступить в силу Федеральный закон, который обяжет граждан, владеющих автомобилями с карбюраторными и инжекторными двигателями, использовать бензин с октановым числом не ниже 95 (АИ-95). Данный закон РФ широко пропагандируется в СМИ и у наших граждан формируют мнение, что бензин АИ-95 более экологически чистое автомобильное топливо, чем используемые сегодня бензины АИ-80 или АИ-92.
Необходимо отметить, что показатель октанового числа автомобильного бензина является лишь количественной характеристикой устойчивости к детонации (самопроизвольному взрыву) топлив, применяемых в двигателях внутреннего сгорания. Октановое число нормируется для легких углеводородных топлив, имеющих температуру кипения от +300 °С до +230 0 °С, каковыми и являются бензины. Похожим показателем для средних углеводородных (дизельных и моторных) топлив, имеющих температуру кипения от +2500 °С до +360 0 °С, является цетановое число, отражающее способность данного вида горючего к самовоспламенению.
Октановое и цетановое числа светлых топлив характеризуют только способ распространения пламени (взрывной или равномерно непрерывный) при протекании цепной реакции горения, а не механизм или качество протекания этого процесса. В связи с чем показатели октанового числа бензинов и цетанового числа дизельных топлив не могут применяться для объективной оценки экологической чистоты указанных видов углеводородных горючих.
Возможно, эта оплошность допущена разработчиками данного Федерального закона по причине отсутствия консультантов – специалистов по топливоподготовке и топливоиспользованию.
Как оценивать экологическую чистоту
Содержание отдельных примесей и минеральных включений углеводородного топлива, отраженное их численными значениями в действующих нормативных документах, не может полностью характеризовать экологическую чистоту топлива. Однако для предварительной оценки экологической чистоты топлива можно использовать численные значения показателей химических элементов, содержащихся в горючей части топлива. Если топливо имеет большее содержание водорода (Н 2) или в составе его горючей части присутствует связанный кислород (О 2), например как у биологического топлива, то это горючее является более экологически чистым. Объективная же оценка экологической чистоты того или иного вида топлива может быть проведена только по результатам качественного и количественного анализов дымовых (выхлопных) газов в процессе его сжигания, а также анализа зольной части горючего после его сжигания. По своей значимости первостепенными являются, безусловно, результаты анализов дымовых, выхлопных и прочих газов, образующихся при сгорании топлива, поскольку именно они оказывают наибольшее негативное воздействие на окружающую природную среду и поражают значительные территории.
Очевидно, что для объективной оценки такого важного свойства топлива, как экологическая чистота, необходимо еще разработать критерий, то есть правило, по которому этот показатель изменяется. По мнению авторов, данный критерий должен представлять собой аддитивную свертку наиболее экологически опасных компонентов, например CO, CO 2 , H 2 S, NO x , N 2 , S 2 , S x O y , C x H y , сажа и т. д., количественное ранжирование которых в продуктах сгорания того или иного топлива может отражаться численным значением коэффициента значимости, соответствующего доле каждого компонента в составе дымовых газов. Представленный критерий является объективным, поскольку через качество протекания цепной реакции горения количественно отражает механизм формирования вредных выбросов. Численное значение показателя экологической чистоты топлива должно находиться в пределах от 0 до 1,0, при этом топливо является экологически чистым при показателе, близком к 0, а экологически опасным, соответственно, к 1,0.
Что за рубежом
В странах Западной Европы, Северной Америки и Японии экологические проблемы, связанные, в том числе, и с использованием углеводородных топлив, начали решать с начала 60‑х годов прошлого столетия. На начальном этапе улучшение экологической обстановки пытались добиться исключительно реализацией административных мер. А, именно, введением и ужесточением природоохранного законодательства, введением и повышением штрафов за загрязнение природной среды, ограничением количества и регламентацией времени работы источников загрязнения, в том числе и автотранспорта, запрещением использования тех или иных продуктов и т. д. и т. п. Однако попытка решения экологических проблем исключительно административными мерами потерпела неудачу.
И только через 30 лет, в середине 1990‑х годов представленные выше комплексные мероприятия, в том числе модернизация технологической базы нефтеперерабатывающих заводов и совершенствование автомобильных двигателей и их топливных систем, были реализованы, после чего на топливный рынок экономически развитых стран поступил в качестве товарного топлива высокооктановый бензин. Несмотря на позитивные тенденции качественного улучшения природной среды в развитых странах мира, проблема загрязнения, в том числе и продуктами сгорания углеводородного топлива, на сегодняшний день полностью не устранена и требует своего дальнейшего решения.
Вместо выводов
По мнению авторов, более экологически чистые продукты общественного труда должны быть дешевле своих менее экологически чистых аналогов. Это полностью относится и ко всем видам углеводородного горючего. Государство обязано взять на себя часть расходов, связанных с повышением экологической чистоты топлива, поскольку использование экологически опасных топлив приносит огромный ущерб флоре, фауне и здоровью граждан через нарушение качества их естественной среды обитания. В противном случае государство вынуждено будет нести дополнительные расходы на природоохранные мероприятия и здравоохранение, значительно превышающие прибыль от продаж экологически чистых топлив.
Автомобильный транспорт как источник загрязнения окружающей среды. Причины образования токсичных компонентов в отработанных газах ДВС
В последние годы в связи с ростом плотности движения автомобилей в городах резко увеличилось загрязнение атмосферы продуктами сгорания двигателей. Выпускные газы двигателей внутреннего сгорания (ДВС) состоят в основном из безвредных продуктов сгорания топлива – углекислого газа и паров воды. Однако в относительно небольшом количестве в них содержатся вещества, обладающие токсическим и канцерогенным действием. Это окись углерода, углеводороды различного химического состава, окислы азота, образующиеся в основном при высоких температуре и давлении.
При горении углеводородного топлива происходит образование токсичных веществ, связанное с условиями горения, составом и состоянием смеси. В двигателях с принудительным воспламенением концентрация окиси углерода достигает больших значений из-за недостатка кислорода для полного окисления топлива при их работе на богатой топливом смеси.
При движении автомобилей в городе и на дорогах с переменным уклоном и часто меняющимися скоростями с включенной передачей и открытой дроссельной заслонкой двигателям приходится около 1/3 путевого времени работать в режиме принудительного холостого хода. На принудительном холостом ходу двигатель не отдает а, напротив, поглощает энергию, накопленную автомобилем. При этом нерационально расходуется топливо, усиленное всасывание которого приводит к наибольшему выбросу токсичных газов СО и СН в атмосферу.
Автомобильные выхлопные газы - смесь примерно 200 веществ. В них содержатся углеводороды-не сгоревшие или не полностью сгоревшие компоненты топлива, доля которых резко возрастает, если двигатель работает на малых оборотах или в момент увеличения скорости на старте, т.е. во время заторов и у красного сигнала светофора. Именно в этот момент, когда нажимают на акселератор, выделяется больше всего несгоревших частиц: примерно в 10 раз больше, чем при работе двигателя в нормальном режиме. К несгоревшим газам относят и обычную окись углерода, образующуюся в том или ином количестве повсюду, где что-то сжигают. В выхлопных газах двигателя, работающего на нормальном бензине и при нормальном режиме, содержится в среднем 2,7% оксида углерода. При снижении скорости эта доля увеличивается до 3,9%, а на малом ходу-до 6,9%.
Основными эксплуатационными факторами, влияющими на уровень вредных выбросов двигателей, являются факторы, характеризующие состояние деталей цилиндропоршневой группы (ЦПГ). Повышенный износ деталей ЦПГ и отклонения от их правильной геометрической формы являются причиной увеличения концентрации токсичных компонентов в отработавших газах (ОГ) и картерных газах (КГ).
Базовой деталью ЦПГ, от которой зависит работоспособность и экологичность двигателя, является цилиндр, т. к. герметичность камеры сгорания зависит от уплотняющей способности кольца в сопряжении с цилиндром. От технического состояния цилиндров и поршневых колец главным образом зависит интенсивность роста зазоров между кольцами и канавками поршней. Таким образом, контроль и регулировка зазора между кольцом и цилиндром в процессе эксплуатации являются существенным резервом снижения количества вредных примесей в ОГ и КГ посредством улучшения условий сгорания топлива и снижения количества масла, оставшегося в надпоршневом пространстве.
Токсичными выбросами ДВС являются отработавшие и картерные газы. С ними поступает в атмосферу около 40% токсичных примесей от общего выброса. Содержание углеводородов в отработавших газах зависит от технического состояния и регулировок двигателя и на холостом ходу колеблется от 100 до 5000% и более. При общем небольшом количестве картерных газов равном 2-10% отработавших газов в общем загрязнении атмосферы, доля картерных газов составляет около 10% у мало изношенных двигателей и вырастает до 40% при эксплуатации двигателя с изношенной цилиндропоршневой группой, т.к. концентрация углеводородов в картерных газах в 15-10 раз выше, чем в отработавших двигателя. Количество КГ, а так же их химический состав зависят от состояния деталей ЦПГ, осуществляющих уплотнение камеры сгорания. От величины зазоров между трущимися деталями ЦПГ зависит проникновение газов из цилиндра в картер и обратно. При этом увеличивается доля углеводородов с канцерогенными свойствами из-за повышенного угара масла и увеличенного расхода картерных газов через замкнутую систему вентиляции картера.
К достижению предельного износа двигателя выбросы увеличиваются в среднем на 50%. На примере ускоренных испытаний, проведенных в НАМИ, установлено что износ двигателя увеличивает выбросы ОГ углеводородов в 10 раз. Основная масса двигателей с повышенной дымностью ОГ приходится на двигатели, прошедшие капитальный ремонт.
Степень разуплотнения камеры сгорания зависит от износа деталей ЦПГ, отклонения их макрогеометри от правильной геометрической формы. При увеличении неплотностей камеры сгорания происходит возрастание СО и СН и снижение СО2 в результате ухудшения условий сгорания топлива. Кроме снижения качества организации рабочего процесса, зазоры между кольцом и цилиндром, а также зазоры между кольцом и канавкой поршня приводят к увеличению количества масла, попавшего в надпоршневое пространство, к увеличению отклонения от заданной динамики тепловыделения в процессе сгорания, а, следовательно, - к увеличению общей массы токсических выбросов. Масло составляет 30-40% твёрдых частиц ОГ.
Базовой деталью ЦПГ является цилиндр, от которого зависит экономическая и экологическая целесообразность эксплуатации двигателя. Износ гильз цилиндров имеет выраженную форму овала, большая ось которого расположена в плоскости качания шатуна. Причиной образования овальности цилиндров главным образом является увеличенная нагрузка поршней на гильзы именно в плоскости качания шатунов. На овальность цилиндров влияет также несовершенство технологии сборки блока цилиндров. Изменение макрогеометрии цилиндров (овальности и конусности) после сборки двигателя также приводит к ухудшению прилегания поршневых колец к зеркалу цилиндра. Известно, что при установке гильз в блоки различных марок ДВС, овальность в цилиндрах увеличивается в 2-3 раза.
Очень важно отметить, что характер искажения макрогеометрии гильз цилиндров после сборки и в процессе эксплуатации одинаков для большинства конструкций блоков цилиндров с “мокрыми гильзами”. Большая ось овала цилиндра, образующегося при сборке, в зоне остановки верхнего компрессионного кольца в верхней мёртвой точке поршня имеет такую же направленность, как и большая ось овала, образующегося при эксплуатации. Такой характер деформации цилиндров объясняется большей деформацией блока в местах между расточками под гильзы.
Снижение овальности цилиндров способствует снижению интенсивности износа колец и канавок поршней, что в целом способствует улучшению работы поршневых колец и улучшению уплотнения камеры сгорания. Известно, что замена маслосъёмных колец после выработки предельного ресурса в некоторой степени восстанавливает средний уровень токсичности двигателя. Бесспорно, если при замене колец произвести регулировку овальности цилиндров до уровня предельной величины на изготовление новых гильз, то эффект будет намного значительнее.
Разработка новых способов смешения и растворения и математического описания воздействия соответствующих присадок и добавок в нефтяном топливе позволит значительно сократить время на разработку новых составов альтернативных топлив и предсказания их физико-химических свойств, что позволит довести рабочий процесс двигателя при использовании новых альтернативных топлив.
Анализ отечественной и зарубежной литературы показал, что развитие перехода на новые виды топлива будет проходить три основных этапа. На первом этапе будет использоваться стандартное нефтяное топливо, спирты, добавки водорода и водородсодержащих топлив, газовое топливо и различные их сочетания, что позволит решить проблему частичной экономии нефтяного топлива. Второй этап будет базироваться на производстве синтетических топлив, подобных нефтяным, производимых из угля, горючих сланцев и т.д. На этом этапе решатся проблемы долгосрочного снабжения существующего парка двигателей новыми видами топлива. На заключительном, третьем этапе будет характерен переход к новым видам энергоносителей и энергосиловых установок (работа двигателей на водороде, использование атомной энергии).
Перевод ДВС на водород и водородсодержащее топливо представляет собой сложный социально-экономический процесс, для осуществления которого потребуется крупная перестройка ряда отраслей промышленности, поэтому на первом этапе наиболее приемлемым вариантом является работа дизелей с добавками водородсодержащих топлив. Крайне ограниченные сведения в литературе об особенностях горения углеводородного топлива с добавками водорода и аммиака в дизелях не позволяют однозначно ответить на вопрос о влиянии водородсодержащих топлив на показатели рабочего процесса дизеля.
Также крайне слабо исследован вопрос о применении в дизелях синтетического жидкого топлива (СЖТ), вырабатываемого из угля. Различные литературные данные не позволяют дать однозначную оценку влияния СЖТ на рабочий процесс, в связи с тем, что его физико-химические свойства очень сильно зависят от исходного сырья и технологии переработки.
Наиболее вероятным источником моторного топлива могут служить спирты, однако следует учесть их крайне плохие моторные свойства в случае использования их в дизелях. Применяемые способы использования спиртовых топлив требуют дополнительного усложнения конструкции (установка карбюраторов, свечей зажигания или второй топливной системы), либо удорожания топлива (использование добавок, повышающих цетановое число). Наиболее оптимальным в этой ситуации может служить способ использования растворов этанола или метанола с дизельным топливом в дизелях.
Исследование влияния различных типов альтернативных топлив проводилось для нескольких типов быстроходных дизелей с различными способами смесеобразования, поэтому было необходимо получить как можно более полную информацию о протекании процессов топливоподачи, сгорания, сажеобразования, токсичности и т.д. Поэтому была разработана и внедрена автоматизированная система регистрации и обработки информации на базе ПК. Для этого комплекса был разработан пакет прикладных программ, включающий программу сбора информации с различных датчиков во время испытаний, программы обработки полученных данных по анализу индикаторной диаграммы, результатов оптического индицирования, топливоподачи и обсчета параметров режима.
Для одновременной подачи цикловой порции дизельного топлива и газа в цилиндр автором разработана специальная двухтопливная форсунка, которая дополнялась отдельной магистралью, состоящей из штуцера подвода газа и каналов в корпусе форсунки и распылителя. В канале корпуса форсунки выполнен обратный клапан, прижимаемый к седлу пружиной. В канал распылителя запрессована цилиндрическая вставка с винтовой нарезкой на поверхности, которая образует смесительно-аккумулирующую камеру, соединяющуюся с подъигольной полостью распылителя форсунки.
На базе разработанной форсунки была изготовлена топливная система дизеля, позволяющая подавать различные виды газообразных добавок к топливу.
Наиболее эффективно проводить рассмотрение особенностей рабочего процесса при использовании альтернативных топлив, обладая информацией о пространственном распределении полей концентрации сажи и температуры. На сегодняшний день существует в основном двухмерное представление температурно-концентрационной неоднородности в цилиндре дизеля. В результате была поставлена задача экспериментального исследования пространственного распределения полей температуры и концентраций сажи. В работе использовалось оригинальное экспериментальное оборудование для определения массовой концентрации сажи, основанное на оптическом индицировании цилиндров, и программно реализованные методики определения температурных полей.
Расчетные исследования растворимости газа (водорода, аммиака и др.) основывались на следующих предположениях: во-первых -процесс растворения идет в смесительно-аккумулирующей камере и распылителе форсунки; во-вторых - растворение протекает в соответствии с моделью обновления поверхности, т.е. поверхность контакта топлива с газом обновляется с частотой, равной частоте колебания давления топлива в нагнетательном трубопроводе высокого давления.
Одним из путей преодоления трудностей приготовления смесей дизельного топлива с альтернативными является применение третьего компонента - совместного растворителя дизельного топлива и спирта. Совместный растворитель должен иметь свойства дизельного топлива и спирта, т.е. его молекула должна иметь как полярные свойства, так и алифатическую составляющую для образования связей с углеводородами.
Попытки использования водорода в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания известны достаточно давно. Так, например, в двадцатые годы исследовали вариант использования водорода как добавки к основному топливу для двигателей внутреннего сгорания дирижаблей, что давало возможность увеличить дальность их полета.
Использование водорода в качестве топлива для ДВС представляет собой комплексную проблему, которая включает обширный круг вопросов:
Возможность перевода на водород современных двигателей;
Изучение рабочего процесса двигателей при работе на водороде;
Определение оптимальных способов регулирования рабочего процесса обеспечивающих минимальную токсичность и максимальную топливную экономичность;
Разработку системы топливоподачи обеспечивающую организацию эффективного рабочего процесса в цилиндрах ДВС;
Разработку эффективных способов хранения водорода на борту транспорта;
Обеспечение экологической эффективности применения водорода для ДВС;
Обеспечение возможности заправки и аккумулирования водорода для двигателей.
Решение этих вопросов имеет вариантный уровень, однако, общее состояние исследований по этой проблеме можно рассматривать, как реальную базу для практического применения водорода. Подтверждением этому являются практические испытания, исследования вариантных двигателей работающих на водороде. Так, например, фирма "Mazda" делает ставку на водородный роторно-поршневой двигатель.
Исследования в этой области отличаются широким спектром вариантов использования водорода для двигателей внешнего и внутреннего смесеобразования, при использовании водорода в качестве присадки, частично замещая топливо водородом, и работе двигателя только на водороде.
Обширный перечень исследований определяет необходимость их систематизации и критического анализа. Использование водорода известно в двигателях, работающих на традиционных топливах нефтяного происхождения, а также в сочетании с альтернативными топливами. Так, например, со спиртами (этиловый, метиловый) или с природным газом. Возможно использование водорода в сочетании с синтетическими топливами, мазутами и другими топливами.
Исследования этой области известны как для бензиновых двигателей, так и для дизелей, а также для других типов двигателей. Некоторые авторы работ этой тематики считают, что водород является неизбежностью и необходимо лучше подготовиться к встрече с этой неизбежностью.
Отличительной особенностью водорода является его высокие энергетические показатели, уникальные кинетические характеристики, экологическая чистота и практически неограниченная сырьевая база. По массовой энергоемкости водород превосходит традиционные углеводородные топлива в 2,5-3 раза, спирты - в 5-6 раз, аммиак - в 7 раз.
Качественное влияние на рабочий процесс ДВС водорода определяется, прежде всего, его свойствами. Он обладает более высокой диффузионной способностью, большей скоростью сгорания, широкими пределами воспламенения. Энергия воспламенения водорода на порядок меньше, чем у углеводородных топлив. Реальный рабочий цикл определяет более высокую степень совершенства рабочего процесса ДВС, лучшие показатели экономичности и токсичности.
Чтобы приспособить существующие конструкции поршневых ДВС, бензиновых и дизелей к работе на водороде, как основном топливе, необходимы определенные изменения, в первую очередь - конструкции топливоподающей системы. Известно, что применение внешнего смесеобразования приводит к уменьшению наполнения двигателя свежим окислителем, а значит и снижению мощности до 40%, из-за низкой плотности и высокой летучести водорода. При использовании внутреннего смесеобразования картина меняется, энергоемкость заряда водородного дизеля может возрастать до 12%, или может быть обеспечена на уровне, соответствующем работе дизеля на традиционном углеводородном дизельном топливе. Особенности организации рабочего процесса водородного двигателя определяются свойствами водородно-воздушной смеси, а именно: пределами воспламенения, температурой и энергией воспламенения, скоростью распространения фронта пламени, расстоянием гашения пламени.
Практически во всех известных исследованиях рабочего процесса водородного двигателя отмечается трудноконтролируемое воспламенение водородно-воздушной смеси. Воздействие на преждевременное воспламенение путем подачи воды во впускной трубопровод или путем впрыска «холодного» водорода исследованы и дают положительные результаты.
Остаточные газы и горячие точки камеры сгорания интенсифицируют преждевременное воспламенение водородно-воздушной смеси. Это обстоятельство требует дополнительных мероприятий по предупреждению неконтролируемого воспламенения. В то же время, низкая энергия воспламенения в широких пределах коэффициента избытка воздуха позволяет использовать существующие системы зажигания при переводе двигателей на водород.
Самовоспламенение водородно-воздушной смеси в цилиндре двигателя при степени сжатия, соответствующей дизелям, не происходит. Для самовоспламенения этой смеси необходимо обеспечить температуру конца сжатия не менее 1023К. Возможно, воспламенение воздушной смеси от запальной порции углеводородного топлива, за счет увеличения температуры конца сжатия применением наддува или подогревом на впуске воздушного заряда.
Водород в качестве топлива для дизелей характеризуется большой скоростью распространения фронта пламени. Эта скорость может превышать 200 м/с и вызывать возникновение волны давления, перемещающейся в камере сгорания со скоростью свыше 600 м/с. Высокая скорость сгорания водородно-воздушных смесей, с одной стороны, должна оказывать положительное влияние на повышение эффективности рабочего процесса, с другой стороны, этим предопределяются высокие значения максимального давления и температуры цикла, более высокая жесткость рабочего процесса водородного двигателя. Повышение максимального давления цикла влечет снижение моторесурса двигателя, а повышение максимальной температуры приводит к интенсивному образованию окислов азота. Возможно снижение максимального давления за счет дефорсирования двигателя или сжигания водорода по мере его подачи в цилиндр на такте рабочего хода. Снижение эмисси окислов азота до незначительного уровня возможно путем обеднения рабочей смеси или путем использования воды, подаваемой во впускной трубопровод. Так, при а>1,8 эмиссия окислов азота практически отсутствует. При подаче воды по массе в 8 раз больше, чем водорода, эмиссия окислов азота снижается в 8… 10 раз.
CNG разрешено непосредственно в городских кварталах жилой и общественной застройки. Более того, во многих странах разрешена заправка транспортных средств природным газом в подземных гаражах. 1.6. Производство газового оборудования для автомобилей. В наши дни славу лучшего в мире производителя газовой автоаппаратуры перехватила Италия. И сейчас на мировом рынке наибольшим спросом пользуется...
Модель, получившая обозначение «H2R», развивает скорость свыше 300 км/ч. Перспективным представляется новое направление в двигателестроении на водородном топливе, основанное на применении двигателя Стирлинга. Этот двигатель до конца XX в. широко не применялся на автотранспорте из-за более сложной по сравнению с двигателем внутреннего сгорания конструкции, большей материалоемкости и стоимости. ...